Memphis Grizzlies (2001-2008)
Na sua primeira temporada com os Grizzlies, Gasol se tornou o primeiro jogador estrangeiro a ganhar o prêmio NBA Rookie of the Year Award, e foi nomeado para a NBA All-Rookie First Team. Ele teve uma média de 17,6 pontos e 8,9 rebotes por jogo, e foi também o único membro da equipe a jogar em todos os 82 jogos dessa temporada. Gasol liderou a equipe em marcar (19,0 pontos por jogo) em seu segundo ano com os Grizzlies, e pelo segundo ano consecutivo, jogou em todos os 82 jogos. Gasol falhou o primeiro jogo de sua carreira, durante seu terceiro ano, com uma lesão no pé, em 5 de abril de 2004, o que lhe tirou a série de 240 jogos consecutivos disputados. Ele pegou o rebote de 1.500 de sua carreira em 12 de novembro de 2003, contra o Orlando Magic, e marcou seu 3.000º ponto na carreira em 31 de outubro de 2003, contra o Boston Celtics. Apesar de ter 22 pontos no Jogo 4 contra o San Antonio Spurs, o mais alto de um jogador do Memphis nas finais, seu time foi eliminado na primeira rodada, não ganhando um único jogo contra o San Antonio. Esta foi a primeira viagem dos Grizzlies e do Gasol para as finais da NBA. Ele marcou 31 pontos e bloqueou quatro chutes em 11 de janeiro de 2005 contra o Indiana Pacers para ganhar 5.000 pontos e 500 blocos em sua carreira, tornando-se o 10º jogador mais rápido a alcançar 5.000 pontos/500 blocos desde 1973-74. Ele também ajudou sua equipe a chegar às finais pela segunda vez em sua carreira, mas foram eliminados na primeira rodada e não ganharam um único jogo contra o Phoenix Suns.
No seu quinto ano com os Grizzlies, ele se tornou o principal rebounder da franquia em 24 de março contra os New York Knicks quando ele pegou o seu 3.072º rebote com um uniforme dos Grizzlies. Ele fez 29 lançamentos livres consecutivos de 24 a 28 de janeiro, amarrando a segunda melhor marca da história dos Grizzlies, incluindo dois jogos seguidos a 12-12 da linha, amarrando a melhor marca de um único jogo da história da franquia. Gasol e os Grizzlies voltaram aos playoffs pela terceira vez na história da sua equipe e do seu time. Mais uma vez, eles foram eliminados na primeira rodada e não ganharam um único jogo contra o Dallas Mavericks.
Em 9 de fevereiro de 2006, fazendo sua primeira aparição, Gasol foi selecionado para jogar no All-Star Game 2006 da NBA em Houston, Texas, como centro de reserva para a Conferência Oeste. Na época, ele era um dos quatro jogadores classificados entre os dez primeiros da Western Conference em pontos, ressaltos, assistências e chutes bloqueados. Ele foi o primeiro jogador de basquete espanhol, bem como o primeiro jogador Grizzlies a chegar ao All-Star Game.
Gasol falhou os primeiros 23 jogos da temporada 2006-07 da NBA devido a um pé quebrado sofrido perto do final da vitória da Espanha sobre a Argentina na semifinal do Campeonato Mundial da FIBA 2006. Ele seria nomeado o Jogador Mais Valioso do torneio, que a Espanha venceu. Ele teve um recorde de 34 pontos na temporada (a maioria por um pardo naquela temporada) e oito rebotes e empatou um recorde de carreira e franquia com oito blocos no dia 29 de janeiro contra o Sacramento Kings, e superou Shareef Abdur-Rahim como o líder de todos os tempos da franquia nas tentativas de arremesso livre no dia 31 de janeiro contra o Dallas Mavericks. Ele se tornou o líder de todos os tempos da franquia em gols de campo feitos em 6 de fevereiro contra o Houston Rockets, e se tornou o líder de todos os tempos da franquia em minutos jogados em 7 de fevereiro no Dallas. Ele superou Shareef Abdur-Rahim (7.801 pontos) como o maior artilheiro dos Grizzlies em 7 de março de 2007, contra o Toronto Raptors (7.809 pontos na época). Em 24 de janeiro de 2007, Gasol registrou sua segunda dupla de carreira contra o anfitrião Utah Jazz, somando 17 pontos, 13 rebotes e 12 assistências. Ele também registrou 2 blocos e um roubo.
Em 1 de fevereiro de 2008, Memphis trocou Gasol pelos Los Angeles Lakers juntamente com uma escolha de segunda rodada de 2010 para Kwame Brown, Javaris Crittenton, Aaron McKie, os direitos de Marc Gasol (irmão mais novo de Pau), e escolha de primeira rodada de 2008 e 2010. Tem havido alguma controvérsia em torno do ofício. Chris Wallace negou em um artigo da ESPN que ele tinha sido ordenado pelo proprietário Michael Heisley para tornar os Grizzlies mais atraentes para um potencial comprador. Wallace disse: “Ninguém me pressionou a fazer isto, e Michael Heisley tem estado relutante em mudar Pau”. Ele também disse que eles estavam “correndo” as águas por um tempo e lidaram com uma série de equipes. Ele seleccionou o negócio dos Lakers porque “não ficou melhor que isto.” Quando Gasol deixou os Grizzlies, ele tinha doze recordes de franquia, incluindo jogos jogados, minutos jogados, gols de campo feitos, lances livres feitos e tentados, ofensivos, defensivos e rebotes totais, chutes bloqueados, turnovers e pontos. Por estatística de jogo, ele lidera o Memphis nos rebotes defensivos e totais, juntamente com os chutes bloqueados.
Los Angeles Lakers (2008-2014)
Em 5 de fevereiro, Gasol fez sua primeira aparição dos Lakers em um jogo contra os New Jersey Nets, durante o qual ele marcou 24 pontos e teve 12 rebotes numa vitória de 105-90 sobre os Nets. Em 14 de março, Gasol torceu o tornozelo em um jogo contra o New Orleans Hornets, pisando no pé do companheiro de equipe Vladimir Radmanović no primeiro trimestre. Gasol deveria ter perdido os três jogos restantes da viagem dos Lakers após os raios X terem sido negativos. Gasol voltou ao alinhamento inicial no dia 2 de abril contra o Portland Trail Blazers e jogou quase 32 minutos, registrando 10 pontos, seis ressaltos e sete assistências. Ele admitiu sentir-se limitado com o inchaço no tornozelo ainda presente. Gasol ajudou os Lakers a terminar a temporada regular com o melhor recorde da Conferência Oeste (57-25), com ele na escalação inicial os Lakers foram 22-5. Kobe Bryant também declarou que jogando com Gasol clicou desde o início.
No jogo de abertura dos Lakers dos playoffs, ele contribuiu com 36 pontos, 16 rebotes, 8 assistências e 3 tiros bloqueados. Quando os Lakers varreram os Denver Nuggets na primeira rodada, foi a primeira viagem do Gasol para a segunda rodada em quatro tentativas. Sua equipe anterior, os Grizzlies, não conseguiu chegar aos playoffs pelo segundo ano consecutivo. Ele contribuiu com 17 pontos e 13 ressaltos no Jogo 6 contra o Utah Jazz para ajudar os Lakers a avançarem para as finais da conferência. Em 31 de maio, ele registrou 19 rebotes em uma vitória em série contra o San Antonio Spurs, e se tornou o primeiro espanhol a chegar às finais da NBA. Gasol marcou 14,7 pontos por jogo com um tiro de 0,532 nas finais de 2008 contra o Boston Celtics, que ficou abaixo da sua média de 18,9 durante a temporada regular. No entanto, ele liderou o Lakers no rebote com 10,2 por jogo durante toda a série do campeonato, acima da sua média da temporada regular de 8,4. O Los Angeles perdeu em seis jogos contra o Boston nas finais, incluindo uma derrota de 131-92 no Jogo 6. Nos Playoffs, Gasol foi o segundo Laker líder em pontos (16,9), rebotes (9,3) e assistências por jogo (4,0). Ele foi o líder em blocos por jogo (1,90) e ficou empatado com Lamar Odom com o maior número de duplas pós-temporadas (10).
Em 2 de janeiro de 2009, em uma vitória contra o Utah Jazz, Gasol marcou seu 10.000º ponto na carreira. Gasol ganhou sua segunda participação no All-Star como reserva da seleção da Conferência Oeste durante a temporada 2008-09 da NBA, sua primeira como Laker. Ele também foi nomeado o Jogador do Mês da Conferência Oeste depois de ajudar o Lakers a bater o recorde de 11-2 no mês de fevereiro, que incluía vitórias nas estradas sobre Boston e Cleveland. Ele terminou a temporada regular com médias de 18,9 pontos, 9,6 rebotes, 3,5 assistências, e 1 bloco por jogo. Gasol então ganhou seu primeiro anel do campeonato da NBA quando os Lakers derrotaram o Orlando Magic nas finais de 2009.
Em 24 de dezembro de 2009, Gasol assinou uma extensão de 3 anos com os Lakers no valor de $64,7 milhões. Gasol ganhou sua terceira participação All-Star como reserva para a Conferência Oeste e terminou a temporada regular com médias de 18,3 pontos, 11,3 rebotes, 3,4 assistências, e 1,7 blocos. No Jogo 6 da primeira rodada, Gasol pegou 18 rebotes e seu último segundo putback eliminou o Oklahoma City Thunder. Nas semifinais da conferência contra o Utah Jazz, ele obteve uma média de 23,5 pontos e 14,5 rebotes, e finalmente nas finais da conferência contra o Phoenix Suns, ele obteve uma média de 19,7 pontos com 7,2 rebotes. No Jogo 7 das finais da NBA contra o Boston Celtics, Gasol marcou 19 pontos, (6-16 FGM-A, 7-13 FTM-A) pegou 18 rebotes e registrou dois blocos como os Lakers repetidos como campeões. Em 2010, ele foi escolhido como o 15º atleta mais inteligente em esportes pelo Sporting News.
Convocado pelo técnico do Lakers, Phil Jackson, para ser mais assertivo, enquanto Bryant se recuperou de uma cirurgia no joelho na baixa temporada, Gasol começou a primeira semana da temporada com uma média de 25,3 pontos em 52,5% de tiro, 10,3 rebotes, e cinco assistências por jogo, enquanto o Lakers começou 3-0. Ele foi nomeado o Jogador da Semana da Conferência Oeste. Ele ganhou sua terceira seleção All-Star consecutiva e sua média de 19 pontos e 10 rebotes na temporada foi quase idêntica à que ele havia colocado como Laker nas três temporadas anteriores. O jogo de Pau também o mereceu pela primeira vez em sua carreira como segundo time da All-NBA. Na repescagem, Gasol só somou em média 13 pontos em 42% de aproveitamento em 10 jogos, e os Lakers foram varridos pelos Dallas Mavericks na segunda rodada. Gasol teve o pior desempenho pós-temporada de sua carreira. O Lakers Hall of Famer e o analista da ESPN Magic Johnson citaram Gasol como uma possível opção comercial para os Lakers adquirirem o centro Magic Dwight Howard. Gasol ignorou os falsos relatos sobre seu relacionamento com sua namorada como a causa de seu mau desempenho e aceitou as críticas de sua peça como válidas. Durante a temporada 2011-12 da NBA, Gasol e o companheiro de equipe Lamar Odom foram submetidos a rumores comerciais envolvendo o ex-guarda do New Orleans Hornets Chris Paul. Depois que a troca caiu, Gasol prometeu que não afetaria a maneira como ele jogou. Odom, por outro lado, estava zangado com a organização Laker e foi trocado pelo campeão da NBA de 2010-11, Dallas Mavericks, por uma futura escolha na primeira rodada. Depois que o co-capitão do Lakers, Derek Fisher, foi trocado em março de 2012, Gasol se juntou a Bryant como co-capitão da equipe. Ele ganhou o prémio Community Assist Award 2011-12 da NBA.
Depois de um 1-4 início para a temporada 2012-13, os Lakers substituíram o treinador principal Mike Brown por Mike D’Antoni. Gasol estava lutando depois de sete jogos sob D’Antoni, com média de 10,1 pontos e 8,0 rebotes enquanto atirava 38,8 por cento, e ele foi escalado no quarto trimestre em vários jogos. A equipe teve dificuldades para envolver Gasol no ataque de D’Antoni, que historicamente não tinha jogadores postados jogando para frente. Gasol ficou apenas em 27º lugar no campeonato, com 2,7 pontos por jogo, abaixo do quinto lugar em 2010-11 e nono em 2011-12. Em 18 de novembro de 2012, em uma vitória contra o Houston Rockets, Gasol marcou seu 15.000º ponto na carreira. Incomodado pela tendinite em ambos os joelhos desde o treino, Gasol ficou de fora oito jogos em dezembro antes de voltar para a escalação inicial. Mais tarde, ele foi diagnosticado com fascite plantar, mas continuou jogando. O gerente geral Mitch Kupchak disse aos titulares do Lakers que a equipe precisava de Gasol para se envolver mais. Em 7 de janeiro de 2013, Gasol recebeu um golpe no rosto de JaVale McGee, de Denver, no quarto trimestre de uma derrota de 112-105. Ele sofreu uma concussão, forçando-o a perder os cinco jogos seguintes. Em seu primeiro jogo de volta, ele saiu do banco depois de ter começado suas primeiras 345 partidas com os Lakers. No jogo seguinte, ele voltou à escalação inicial e marcou 25 pontos contra o Toronto, apenas o seu segundo jogo de 20 pontos da temporada. No entanto, no jogo seguinte, em 21 de janeiro, D’Antoni transferiu Gasol para um papel de reserva e iniciou Earl Clark, uma mudança que o treinador considerou permanente. Em 5 de fevereiro contra o Brooklyn Nets, Gasol rasgou a fáscia plantar do seu pé direito. Gasol tinha afinado a fáscia no primeiro tempo, mas jogou através da dor até que ele sentiu que ela estalou quando tentou bloquear um chute do Brook Lopez no final do jogo. Ele voltou mais de seis semanas depois, no dia 22 de março, depois de perder 20 jogos, com D’Antoni devolvendo-o à escalação inicial sobre Clark. Após um período de ajuste de dois jogos, o jogo de Gasol foi sólido, e Bryant insistiu para que Gasol recebesse a bola na trave. D’Antoni afirmou que Gasol tinha jogado bem desde janeiro e atribuiu as lutas anteriores do atacante a lesões e à evolução do sistema ofensivo do time. “Tenho muito mais confiança nele agora e ele está jogando muito bem”, disse D’Antoni. Ele terminou a temporada com pontos baixos na carreira (13,7) e porcentagem de gols de campo (466), e seus rebotes (8,6) foram os mais baixos desde sua primeira temporada com o Los Angeles. Ele se limitou a 49 jogos de baixa carreira. Entretanto, ele teve três duplas triplas em seus últimos sete jogos, incluindo os playoffs.
Gasol devia $19,3 milhões em 2013-14 no último ano de seu contrato, que custou aos Lakers cerca de $50 milhões, incluindo impostos de luxo. Ele se tornou um agente livre após a temporada.
Chicago Bulls (2014-2016)
Em 18 de julho de 2014, Gasol assinou com os Chicago Bulls. Ele disse depois de ter sido apresentado: “Foi uma sensação instintiva. Eu pensei que Chicago seria o melhor para mim. É um grande desafio, mas eu sou movido por desafios. Estou ansioso por isso”
Em 1 de janeiro de 2015, Gasol registrou uma alta carreira de 9 blocos, juntamente com 17 pontos e 9 rebotes, na vitória de 106-101 sobre os Denver Nuggets. Dez dias depois, ele marcou um recorde de 46 pontos na carreira de tiro em 17 de 30, numa vitória de 95-87 sobre os Milwaukee Bucks. Em 9 de abril de 2015, ele registrou a 51ª melhor dupla da liga, com 16 pontos e 15 rebotes em uma vitória de 89 a 78 sobre o Miami Heat. Ele registrou sua 54ª dobradinha da temporada na final da temporada regular em 15 de abril contra o Atlanta Hawks para terminar como líder da liga em duplas em 2014-15.
Em 5 de dezembro de 2015, Gasol se tornou o 116º jogador a alcançar 1.000 jogos da temporada regular. Ele teve 13 pontos e 11 rebotes contra o Charlotte Hornets para a sua nona dobradinha da temporada. Em 25 de janeiro de 2016, ele registrou sua primeira carreira no primeiro trimestre, com 13 pontos e 10 rebotes. Ele terminou o jogo com 19 pontos e 17 rebotes, já que os Bulls foram derrotados pelo Miami Heat 89-84. Em 9 de fevereiro, Gasol foi nomeado como substituto de Jimmy Butler no plantel All-Star da Conferência Leste de 2016. Em 27 de fevereiro, ele registrou sua oitava carreira tripla e primeira como Bull, com 22 pontos, 16 rebotes e 14 assistências, em uma derrota de 103 a 95 para o Portland Trail Blazers. Aos 35 anos de idade, tornou-se o jogador mais velho a gravar um triplo desde que Kobe Bryant o fez aos 36 anos em 2014. Em 7 de março, ele registrou seu segundo triplo da temporada com 12 pontos, 17 rebotes e 13 assistências numa vitória de 100-90 sobre o Milwaukee Bucks, tornando-se apenas o quarto jogador com 35 anos ou mais com múltiplos triplos em uma temporada, juntando-se a Jason Kidd, Kobe Bryant e Paul Pierce. Em 2 de abril, em uma derrota para o Detroit Pistons, ele se tornou o 38º jogador da NBA a alcançar 10.000 rebotes na carreira. Ele também se tornou o 36º com 10.000 pontos e 10.000 rebotes.
San Antonio Spurs (2016-2019)
Em 14 de julho de 2016, Gasol assinou com o San Antonio Spurs. No dia 11 de novembro de 2016, ele teve máximas da temporada com 21 pontos e seis assistências numa vitória de 96-86 sobre os Pistões de Detroit. Em 19 de janeiro de 2017, ele foi descartado indefinidamente depois de quebrar seu dedo anelar esquerdo durante o aquecimento pré-jogo, mais cedo naquela noite. Ele foi operado no dia seguinte para reparar uma fratura do seu quarto metacarpo esquerdo. Em 24 de fevereiro de 2017, em uma vitória de 105-97 sobre o Los Angeles Clippers, Gasol teve 17 pontos e 11 rebotes fora do banco no seu retorno de uma ausência de 15 jogos por causa da lesão no dedo. Em 12 de abril de 2017, Gasol marcou 13 pontos para alcançar 20.000 pontos de carreira em uma derrota de 101-97 na final da temporada regular contra o Utah Jazz, tornando-se o segundo jogador europeu a alcançar a marca depois de Dirk Nowitzki.
Em 24 de julho de 2017, Gasol voltou a assinar com os Spurs. Em 20 de dezembro de 2017, ele teve 20 pontos e 17 rebotes de alta temporada na vitória de 93-91 sobre o Portland Trail Blazers. Em 23 de dezembro de 2017, ele registrou sua 10ª carreira com 14 pontos, 11 rebotes e um recorde de 10 assistências em uma vitória de 108-99 sobre o Sacramento Kings. Em 26 de dezembro de 2017, em uma vitória de 109-97 sobre o Brooklyn Nets, Gasol acumulou seu 10.817º rebote, passando Jack Sikma para o 30º lugar na história da liga. Em 26 de janeiro de 2018, em uma derrota de 97-78 para o Philadelphia 76ers, Gasol tornou-se o 34º jogador na história da NBA a jogar 40.000 minutos de carreira. Em 25 de março de 2018, ele teve 22 pontos em 10 de 15 tiros e pegou 13 rebotes em uma derrota de 106-103 para o Milwaukee Bucks.
Após aparecer nos primeiros nove jogos da temporada 2018-19, Gasol perdeu os 26 jogos seguintes com uma fratura de estresse no pé direito. Em 1º de março de 2019, ele foi lançado pelo Spurs em um contrato de compra.
Milwaukee Bucks (2019)
Em 3 de março de 2019, Gasol assinou com o Milwaukee Bucks. Ele jogou em três jogos para os Bucks. Em 23 de março, foi relatado que os Bucks esperavam que Gasol faltasse no mês seguinte devido a uma lesão no tornozelo esquerdo. A lesão de Gasol acabou com a temporada dele. Ele não pôde jogar nas finais e foi operado do pé machucado em 9 de maio de 2019.
Portland Trail Blazers (2019)
Em 25 de julho de 2019, Gasol assinou com o Portland Trail Blazers. Em 20 de novembro, ele foi dispensado pelo Trail Blazers sem ter jogado um jogo pelo time.
Comeback effort
Em 9 de dezembro de 2020, Gasol expressou o desejo de retornar à NBA, notando um retorno aos Lakers como seu destino de sonho para que ele pudesse jogar com seu irmão Marc.
Retorno ao FC Barcelona
Em 23 de fevereiro de 2021, Gasol retornou à Espanha para jogar no FC Barcelona, clube da Liga ACB.